FreeRTOS（4）信号量

信号量API函数实际上都是宏，它使用现有的队列机制。这些宏定义在semphr.h文件中。如果使用信号量或者互斥量，需要包含semphr.h头文件。

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一、创建信号量

  1. ==二进制信号量==创建实际上是直接使用通用队列创建函数xQueueGenericCreate()。创建二进制信号量API接口实际上是一个宏，定义如下：
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#define xSemaphoreCreateBinary()         \
       xQueueGenericCreate(              \
                ( UBaseType_t ) 1,       \
                semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH,  \
                NULL,              \
                NULL,              \
                queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE\
                )

2.==计数信号量==的创建间接使用通用队列创建函数xQueueGenericCreate()。创建计数信号量API接口同样是个宏定义：

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#define xSemaphoreCreateCounting(uxMaxCount, uxInitialCount )             \
       xQueueCreateCountingSemaphore( ( uxMaxCount ), ( uxInitialCount ), (NULL ) )

创建计数信号量API接口有两个参数，含义如下：

  • uxMaxCount：最大计数值，当信号到达这个值后，就不再增长了。
  • uxInitialCount：创建信号量时的初始值。

二、释放信号量

  1. xSemaphoreGive()

用于释放一个信号量，不带中断保护。被释放的信号量可以是二进制信号量、计数信号量和互斥量。注意递归互斥量并不能使用这个API函数释放。其实信号量释放是一个宏，真正调用的函数是xQueueGenericSend()，宏定义如下：

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#define xSemaphoreGive( xSemaphore )                    \
              xQueueGenericSend(                       \
                     ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), \
                     NULL,                \
                     semGIVE_BLOCK_TIME,  \
                     queueSEND_TO_BACK )

可以看出释放信号量实际上是一次入队操作，并且阻塞时间为0（由宏semGIVE_BLOCK_TIME定义）。

     对于二进制信号量和计数信号量，根据上一章的内容可以总结出，释放一个信号量的过程实际上可以简化为两种情况：第一，如果队列未满，队列结构体成员uxMessageWaiting加1，判断是否有阻塞的任务，有的话解除阻塞，然后返回成功信息（pdPASS）；第二，如果队列满，返回错误代码（err_QUEUE_FULL），表示队列满。

  1. xSemaphoreGiveFromISR()

         用于释放一个信号量，带中断保护。被释放的信号量可以是**二进制信号量**和**计数信号量**。和普通版本的释放信号量API函数不同，它不能释放互斥量，这是因为互斥量不可以在中断中使用！互斥量的优先级继承机制只能在任务中起作用，在中断中毫无意义。带中断保护的信号量释放其实也是一个宏，真正调用的函数是xQueueGiveFromISR ()，宏定义如下：

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definexSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, pxHigherPriorityTaskWoken )     \
xQueueGiveFromISR(                     \
            ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore),  \
            ( pxHigherPriorityTaskWoken ) )

三、获取信号量

​ 无论二进制信号量、计数信号量还是互斥量，它们都使用相同的获取和释放API函数。

在收到信号量之前，任务一直处于阻塞态并开始计时。

  • 若时间到了还没收到信号，会自动执行后边的语句并返回pdFALSE，如果收到了信号返回PDTRUE
  • 阻塞时间是xBlockTime

如果为0，则阻塞0ms，相当于一直在while循环，==如果有N个信号量，会被一瞬间消耗完==

如果阻塞HAL_MAXDELAY，则任务一直在阻塞态，if后边的语句将不会执行。

获取信号量分为不带中断保护和带中断保护两个版本。

  1. xSemaphoreTake()

         用于获取信号量，==该函数运行后，指定的信号量的队列长度-1==.不带中断保护。获取的信号量可以是二进制信号量、计数信号量和互斥量。注意递归互斥量并不能使用这个API函数获取。其实获取信号量是一个宏，真正调用的函数是xQueueGenericReceive ()，宏定义如下：

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definexSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )        \
xQueueGenericReceive(                    \
         ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ),         \
          NULL,                                    \
         ( xBlockTime ),                           \
          pdFALSE )

  1. xSemaphoreTakeFromISR()

         用于获取信号量，带中断保护。获取的信号量可以是二进制信号量和计数信号量。和普通版本的获取信号量API函数不同，它不能获取互斥量，这是因为互斥量不可以在中断中使用！互斥量的优先级继承机制只能在任务中起作用，在中断中毫无意义。带中断保护的获取信号量其实也是一个宏，真正调用的函数是xQueueReceiveFromISR ()，宏定义如下：

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definexSemaphoreTakeFromISR( xSemaphore, pxHigherPriorityTaskWoken )   \
xQueueReceiveFromISR(              \
         ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ),   \
          NULL,                              \
         ( pxHigherPriorityTaskWoken ) )

四、得到指定信号量中队列长度

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#define uxSemaphoreGetCount (xSemaphore  uxQueueMessagesWaiting( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ) )
  • 如果xSemaphore是一个计数信号量，则返回它当前总的信号量个数
  • 如果xSemaphore是一个二值信号量，则它只会返回0或1

五、例子

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/* .h信号量全局定义 */
extern SemaphoreHandle_t KEY0_Semphr_Handler;
extern SemaphoreHandle_t KEY1_Semphr_Handler;

/* .c信号量声明 */
SemaphoreHandle_t KEY0_Semphr_Handler;
SemaphoreHandle_t KEY1_Semphr_Handler;

void Start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();//代码进入临界区
    /* 信号量句柄要在临界区赋值 */
    KEY0_Semphr_Handler = xSemaphoreCreateCounting(255,0);//创建二值信号量
    KEY1_Semphr_Handler = xSemaphoreCreateBinary();
    taskEXIT_CRITICAL();//代码退出临界区
}